《工程材料基础样本.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料基础样本.doc（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。工程材料基础课程习题答案09级机械一班制造谨以此书感谢所有为本书编写答案的同学, 你们辛苦了! 第一章 材料的基本结构与性能1.工程材料按照性质不同或用途不同, 如何进行分类? (page绪论)答: 按性质分类: 1.金属( 黑色/有色) 材料。2.无机非金属材料。3.高分子( 高聚物) 材料。4.复合材料。按用途分类: 1.结构材料。2.功能材料。2.各种结合键有何特点, 其所构成的物质有何性能特点? 材料的性能主要取决于哪些因素? (page5,6)答: 离子键: 结合力较强。较高的熔点、 硬度、 弹性模量、 以及较低的热膨胀系
2、数和较低的导热系数。不导电性( 熔融态导电性) 。较低的密度。共价键: 结合力很强, 电子不能自由运动, 饱和性, 方向性。较高的熔点、 硬度、 弹性模量和低的热膨胀系数以及不导电性。较低的密度。金属键: 无饱和性、 无方向性。较好的导电和导热性。较高的密度。范德华健: 静电力, 诱导力, 色散力。没有方向性和饱和性。结合力小。氢键: 具有方向性和饱和性。结合力比范德华健要强。性能取决于: 1.组成材料的原子、 离子、 或分子之间的结合键类型。2.组成材料的原子、 离子或分子在三维空间的堆积排列状态, 即材料的微观结构。3.材料的微观组织, 即材料中同种或异种原子、 离子或分子所形成的各种聚集
3、体的形貌、 大小及其分布等。3.金属材料、 陶瓷材料、 高分子材料在结构和性质上的主要差别是什么? (page7)答: 材料类型结合键熔点弹性模量强度和硬度塑性和韧性导电和导热性耐热性耐蚀性其它金属材料以金属键为主较高较高较高良好或较差良好较高一般密度大 热膨胀系数较大陶瓷材料离子键或共价键高高抗拉强度较低, 抗压强度和硬度高差绝缘 导热性差高高密度小 热膨胀系数小高分子材料分子内为共价键.分钟间为分子键较低较低较低变化大绝缘 导热性差较低高密度小 热膨胀系数大, 易老化4.何谓晶体、 晶体结构、 晶格、 晶胞和非晶体? (page8)答: 晶体: 指其构成原子或离子、 分子在三维空间呈现出周
4、期性规则堆积排列的固体。晶体结构: 不同晶体中的原子或离子、 分子排列的规则往往不同, 将晶体中原子或离子、 分子具有的自有特征的规则排列称为该晶体的晶体结构。晶格: 对于由原子或离子构成的金属和无机非金属而言, 可将其构成原子或离子视为质点, 将这些分布于三维空间的质点按一定的规则以直线相连便构成由质点和直线形成的三维空间格子, 称其为晶格。晶胞: 将按照一定的规则从晶体中取出的能够完全反应晶体原子或离子排列规则的最小晶体单元称为晶胞。非晶体: 指其构成原子或离子、 分子在三维空间呈现无规则堆积排列的固体。5.布拉菲点阵有多少种? 描述其几何特征的参数是什么? (page9)答: 14种。a
5、bc( 表示xyz轴的晶胞棱长) , ( 表示各坐标轴之间的夹角) 。立方晶系( 简单立方, 体心立方, 面心立方) , 四方晶系( 简单四方, 体心四方) , 菱方晶系( 简单菱方) , 六方晶系( 简单六方) , 正交晶系( 简单正交, 低心正交, 体心正交, 面心正交, ) , 单斜晶系( 简单单斜, 底心单斜) , 三斜晶系( 简单三斜) 。5.何谓晶面、 晶面族、 晶向、 晶向族, 如何确定晶面和晶向指数? (page10,11)答: 晶面: 在晶格中, 任意取至少三个原子便可构成一个平面, 这种由原子构成的平面称为晶面。晶面族: 将这些原子排列完全相同, 仅仅是空间位向不同的晶面称
6、为一个晶面族。晶向: 在晶格中, 任意取至少两个原子便可构成一个晶体中的方向, 将这种由一列原子构成的方向称为晶向。晶向族: 将这些原子排列完全相同, 仅是空间位向不同的晶向称为一个晶向族。确定晶面指数: 在晶格中, 选取晶胞的一个顶点为原点、 以晶胞的三条棱为坐标轴建立坐标系。 在晶胞中找出所要标识晶面与各坐标轴的相交点, 确定需标识晶面在各坐标轴上的截距。 取各截距的倒数。 将各截距倒数按对应的xyz轴的顺序排列, 并以公约数化为最小整数后, 置于圆括号内。确定晶向指数: 在晶格中, 以晶胞的一个顶点为原点、 以晶胞的三条棱为为坐标轴建立坐标系。 找出需标识晶向在各坐标轴上的投影。 将各投
7、影按xyz轴的顺序排列, 并以公约数化为最小整数后, 置于方括号内。6.体心、 面心、 密排六方晶体结构有何特点? (page18,19)答: 体心立方晶体结构: 晶胞常数a=b=c。晶胞内原子个数=2。致密度=0.68。面心立方晶体结构: a=b=c。晶胞内原子个数=4。致密度=0.74。密排六方晶体结构: 晶胞内原子个数=6。c/a=1.633时, 致密度=0.74。7.何谓单晶体和多晶体, 为什么单晶体具有各向异性, 而多晶体往往没有各向异性? (page11)答: 单晶体: 晶体中的原子完全按照一种规则排列, 且原子规则排列的空间取向完全一致, 则该晶体称为单晶体。多晶体: 晶体中虽然
8、原子排列的规则完全相同, 但晶体中不同部分之间的原子规则排列的空间取向存在明显不同, 则称其为多晶体。对于单晶体, 由于沿着其不同晶向上的原子排列密度往往不同, 导致沿不同晶向上晶体的物理、 力学等性质出现差异, 将这种沿晶体不同方向性质不同的现象称为晶体的各向异性。对于由众多晶粒组成的多晶体, 由于其各个晶粒的空间位向呈随机分布, 因此沿多晶体任意方向测出的性质均为各晶粒沿不同方向性质的平均值, 因此在一般情况下, 多晶体没有明显的各向异性。但当由于某些原因如大变形量的塑性变形, 使多晶体内各晶粒的空间取向趋于一致时, 多晶体也可表现出各向异性。7.何谓点缺陷、 线缺陷( 位错) 和面缺陷,
9、 她们在晶体中存在形式有哪些? (page12-17)答: 点缺陷: 晶体中一类三维空间尺度都很小的晶体缺陷。空位。间隙原子。线缺陷: 晶体中一类二维空间很小, 而在一维空间尺度上较长的晶体缺陷, 一般称其为位错。( 正/负) 刃型位错。( 左/右) 螺型位错。混合型位错。面缺陷: 晶体中一类一维空间很小, 而在二维空间尺度上较长的晶体缺陷。晶界, 亚晶界, 相界面, 表面。8.位错的运动形式有哪些? 阻碍位错运动的因素有哪些? (page14-16)答: 刃型位错的运动形式有滑移和攀移两种。螺型位错的运动形式只有滑移。晶体结合键强度越高, 点缺陷、 线缺陷密度越大, 面缺陷的总面积以及第二相
10、粒子的数量越多, 对位错运动的阻碍越大。9.溶质原子与位错之间的相互作用对溶质原子在晶体中的分布有何影响? 对位错的运动有何影响? 答: P21溶剂晶格中溶入其它异类原子形成固溶体后, 固溶原子产生的畸变应力场会与位错的畸变应力场相互作用, 使间隙固溶原子以及尺寸大于溶剂原子的置换固溶原子趋于分布于位错附近的拉应力区, 使尺寸小于溶剂原子的置换固溶原子趋向分布于位错附近的压应力去, 以此降低晶格畸变能。当晶体中位错因外力作用运动时, 将改变位错与固溶原子所形成的上述低畸变能状态, 使晶体的畸变能增加, 增加的畸变能需要经过增大外力来提供, 表现为使位错运动, 也即使晶体塑性变形更为困难, 从而
11、使晶体的强度较无固溶原子时得到提高。10.点缺陷和位错对晶体的强度、 硬度、 塑性、 韧性、 电阻率等有何影响? (page13,16)答: 点缺陷: 一般情况下, 点缺陷数量的增加将提高材料的强度, 降低材料的塑性和金属的导电性以及耐蚀性等。位错: 一般, 晶体材料在室温下的塑性变形主要是由位错滑移所引起的。位错密度极低时表现出高强度。密度过高时也会表现出较高的强度。存在适当密度的位错时, 晶体最易塑性变形而具有较低的强度。11.非晶态材料的原子排列有何特点, 其是否处于稳定状态? (page17,18)答: 将组成原子或离子、 分子等处于无规则排列的固态物质称为非晶态。其构成原子、 离子或
12、分子规则排列时的能量体系比非规则排列时的体系能量低时, 才有可能以晶体形式存在。另一个前提是驱动力必须大于阻力。由于非晶态不是能量最低的状态, 因此, 非晶态金属内部原子的能量高于晶态金属, 属于亚稳定状态。12.晶体中有哪些面缺陷, 为什么表面易吸附其它物质? 答: 面缺陷有晶界、 亚晶界。相界面、 表面等也被视为晶体的面缺陷。晶体表面具有表面能, 因而将会自发的吸附外来原子或分子以降低表面能。13.何谓合金, 合金中相、 组织的概念是什么? 答: 把由两种或两种以上的金属与金属或金属与非金属所形成的具有金属特性的物质称为合金。将化学结构、 物理状态、 晶体结构和性质相同、 均一, 且有明显
13、界面与其它不同部分分隔开的部分称为一个相。合金中的组织: 指用金相分析的方法, 在合金内部看见的有关晶体或晶粒大小、 方向、 形状、 排列状况等组成关系的构造情况。14.何谓固溶体, 其晶体结构与其组元有何关系? 答: 在固态下, 原子数量较少的组元原子以类似于溶液的方式溶解在原子数量较多的组元内, 形成所谓固溶体。在固溶体中, 将原子数量占多数的组元称为溶剂, 原子数量少的组元称为溶质。15.何谓置换固溶体、 间隙固溶体、 无限固溶体和有限固溶体? 答: 置换固溶体: 溶质原子占据溶剂原子应占位置的固溶体。间隙固溶体: 溶质原子占据晶格间隙位置的固溶体。无限固溶体: 溶质与溶剂原子能够以任意
14、比例互溶, 即溶解度没有限度的固溶体。有限固溶体: 溶质原子溶解度有一定限度的固溶体。16.、 纯金属与其固溶体相比, 哪一个强度更高, 为什么? 答: 固溶体强度更高。因为当晶体中位错因外力作用运动时, 将改变位错与固溶原子所形成的低畸变能状态, 使晶体的畸变能增加, 增加的畸变能需要经过增大外力来提供, 表现为使位错运动, 也即使晶体塑性变形更为困难, 从而使晶体的强度较无固溶原子时得到提高。17、 何谓金属间化合物, 其晶体结构与其组元有何关系? 答: 由金属组元原子与其它组元原子相互作用形成具有金属特性的化合物, 称为金属间化合物。其晶体结构复杂, 且不同于其组元的晶体结构。18、 常
15、见金属间化合物有哪几种, 各有何特点? 金属间化合物能够由金属与金属、 金属与非金属构成, 其晶体结构复杂, 且不同于其组元的晶体结构。由于存在离子键或共价键, 金属间化合物具有较高的硬度和熔点, 较大的脆性。同时, 由于具有部分离子键, 金属间化合物具有一定的金属特性。由于为化合物, 金属间化合物的成分可用分子式来表示, 但由于有些金属间化合物本身作为一个组元还能够溶解构成该化合物的组元原子或其它原子, 形成所谓二次固溶体, 因此, 这些金属间化合物的成分又能够在一定的范围内变化。( 21页) 19、 固溶体和金属间化合物对合金的力学性能有何影响? 固溶体使晶体的强度较无固溶原子时得到提高, 强度提高的幅度随固溶原子数量的增加而增大, 该现象称为固溶强化。金属间化合物也能够提高材料的硬度和强度, 是金属材料中普遍应用的重要强化相。( 21页) 20、 何谓同素异构、 同分异构现象? 构成元素相同但具有不同晶体结构的现象称为同素异构现象。有些化合物分子式相同, 但组成原子能够排列成不同的晶体或
